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摘 要：随着经济的发展，节约资源和保护环境已经成为中国的基本国策。作为我国对外开放的窗口和现代物流供应链中的重要环节，港口节能工作具有非常重大的意义，推进港口节能减排、发展循环经济是国家的重大发展战略，也是每个企业自身发展的需要。该文从港口装卸生产的重要设备系统——皮带机系统入手，通过建立数学模型，探讨了如何从改变运输线若干运输带的启停顺序及工艺，来实现节能减排的目的。并结合PlC可编程控制器、网络通讯和数据传输技术在港口机械控制系统中的实际应用，着重讨论了实现皮带机系统逆向启停工艺的技术重点和难点。
关键词：节能减排 港口 皮带机系统 启停工艺
中图分类号：X32 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0113-02
能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。20世纪70年代末以来，中国作为世界上发展最快的发展中国家，经济社会发展取得了举世瞩目的辉煌成就，但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐。中国政府正在以科学发展观为指导，加快发展现代能源产业，坚持节约资源和保护环境的基本国策，把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置，努力增强可持续发展能力。
1 皮带机系统在港口节能减排中的重要性
港口作为我国对外开放的窗口和现代物流供应链中的重要环节，其能源消耗在整个交通行业中占有很大的比重。推进港口节能降耗、发展节约型港口是国家的重大发展战略，也是港口自身发展的需要。港口节能措施包括选用节能型的装卸设备、合理装卸生产工艺、提高港口作业人员的技术水平、节能意识等方面。据统计，港口装卸设备生产过程中的能量消耗是影响港口能耗的最重大因素，在有些作业环节，设备能耗可占整个生产能耗的90%以上。显然，淘汰现有高能耗装卸设备选用新型节能设备，是降低港口能耗的最有效的手段。然而，大规模更换新设备将需要庞大的资金投入，对于目前发展中的中国及发展中的中国港口企业来说都是不现实，既不经济，也容易造成重复建设，从而浪费资源，适得其反。因此，在继续应用现有装卸设备的前提下，优化装卸工艺流程、合理匹配装卸机械，是最行之有效的、可行性最高的降低港口装卸作业中能源消耗的方法。
皮带机系统在港口散货运输过程中被广泛应用，它是通过将电能转换为机械能，从而驱动皮带输送物资到指定目的地，在一段时期内极大的提高了工作效率。伴随着经济的发展，港口的建设突飞猛进，港口的地域也从沿海、沿江的狭长地带向内陆不断的扩展。皮带机作为港口装卸生产中重要的一环，其数量、长度也随之不断的增加。当然，这样的快速增长也使得皮带机系统的能耗占整个散货装卸生产中所需能耗的比重越来越大。在有些港口，皮带机系统的能耗所占总能耗的比重已经超过50%。如此高的能耗比重，也使得皮带机系统在港口节能减排中的重要性日益高涨。
2 卸车系统中的皮带机启停工艺
皮带的启动工艺包括两种，一是顺向启动顺向停机；二是逆向启动逆向停机。
在传统工作方式下，皮带系统采用顺向启动顺向停机，以翻、皮、堆卸车系统为例，卸车作业流程开始时，首先启动堆料机悬臂皮带，然后依次连锁启动地面1级皮带、2级皮带、…n级皮带、给料皮带，翻车机系统在收到给料皮带启动信号后，进行翻车作业；同样结束时，先停末端的堆料机皮带，然后依次连锁停止1级皮带、2级皮带、…n级皮带、给料皮带，工艺运行图见图1所示。
万物都是有两面性的，我们从不同的角度去观察同一事物往往会得到前后截然相反的两种结果，皮带系统顺向启停的作业工艺同样也存在利弊取舍的两难选择。利，因为正常的卸车流程中物料依次通过翻车机、给料皮带、n级皮带、n-1级皮带、… 1级皮带、悬臂皮带，最终通过堆料机将物料运输到堆场，通过顺向启动可以实现物料通过翻车机装卸到皮带上之前，所有参与运输的皮带机都将处于运转状态。同样，在最后一单位物料运送到堆场之前，所有参与运输的皮带机也将都处于运转状态。这样将会大大降低在皮带启停过程中因某一条皮带故障造成堵料的概率。弊，显而易见此种启停方法将会损失皮带机空运转状态下的电能，皮带级数越多、皮带长度越长，所造成电能的浪费也将会越严重。
3 采用皮带机逆启逆停工艺，实现节能减排
我们先来对比一下两种不同工艺的皮带启动方式。皮带顺启动，从1级皮带到n级皮带，每条皮带在系统启动nt时间内都将处于运行状态，这是由顺向启动工艺特性决定的，无法更改。那么在这种启动顺序下，我们的1级皮带就将有（n-1）t秒的时间没有物料在其上进行运输，也就是说整个系统启动过程，1级皮带将空载运转（n-1）t秒的时间。同理，2级皮带将空运转（n-2）t秒，依此类推，整个系统空运转时间和空运转下所浪费的电能将会随着皮带级数的增多，皮带驱动电机功率的增大也就是皮带长度的增加，呈几何倍数的增长。
而皮带逆启动与之相比又有什么不同呢？皮带逆启动，从n级皮带到1级皮带，由于启动顺序与物料运行顺序相同。我们完全可以通过各种技术手段实现1级皮带在n级皮带启动后第（n-1）t秒在启动，2级皮带在n级皮带启动后第（n-2）t秒在启动，依此类推，我们理论上就可以实现整个系统启动过程中启动时间保持不变，而且没有皮带机处于空运转状态，从而达到节能的目的。这也是由逆向启动工艺特性决定的，也是我们要探究的逆向启动工艺有利于节能的一面。当然皮带系统逆启逆停工艺也并不只有好的一面，这种工艺也存在很多的弊端。其中最主要的弊端包括，一是此种工艺需要对皮带启动间隔时间进行控制，在技术层面，这种控制在皮带启停常用的继电器控制系统中存在很大的困难，即使能够实现，其稳定性也不高。二是加大了皮带机系统堵料的风险。由于皮带启停的方向与物料运行方向是同向的，一旦在启动过程中出现上一级皮带因为某种故障没能及时启动，皮带运动惯性的原因将导致下一级皮带无法及时停止，在其上运输的物料将会有一部分装卸到静止皮带上，造成堵斗。而且，随后的重载起车也会造成电能的浪费。 然而伴随科学技术的进步，PLC智能控制技术、先进的现场检测技术和以太网、无线网络传输技术被广泛的应用在皮带机控制系统当中。使得皮带系统逆启逆停工艺的实现变得更简单、更可靠。
4 皮带机逆启逆停工艺的技术难点
4.1 皮带机空载、重载判断
皮带机启动前的空、重载状态的判断将是皮带启停系统采用顺向、逆向启停工艺的前提条件。然而，如何判断静止皮带空、重载情况呢？我们举例说明，当皮带机高压柜电流互感器测得电流值高于一定数值时，通过继电器控制使PLC得到该皮带机的重载信号并保持。如果这时皮带机由于故障停机，程序中还保持在重载状态，下面的流程启动就是顺向启动；如果皮带机是正常空载停机，载信号自动消除，程序认定该皮带机处在空载状态，这时再启动皮带就是逆向启动。
4.2 多PLC之间的网络通讯和数据传输
由于PLC广泛应用于港口装卸生产中，每一个大型装卸设备都由自身独立的PLC进行控制，在我们常见的翻、皮、堆卸车系统中，就存在3个不同的PLC控制系统。如何实现3个不同PLC之间的网络通讯和数据传输，是我们最终实现完整的皮带逆启停工艺的关键。下面我们以秦皇岛港二分公司卸车控制系统为例，简单介绍一下多PLC之间的网络通讯和数据传输。3个PLC控制系统分别通过光缆或屏蔽双绞线的MB+通讯电缆连接。
5 结语
作为物流运输行业节能减排工作的主体，国家节能减排工作的最重要一环，中国港口人通过自己不懈的努力，已经在港口管理、能源利用和技术创新等方面取得了一系列的成果，效果显著。伴随着节能减排工作的不断深入，港口节能减排技术必将得到更广泛的发展，这将对构建“资源节约型、环境友好型”港口企业发挥支撑作用，并将对国民经济和社会发展起到强有力的促进作用。
参考文献
[1] 刘善平.港口装卸工艺[M].北京：人民交通出版社，2010：291-300.
[2] 王为术.节能与节能技术[M].北京：水利水电出版社，2012：107-116.
[3] 顾海红.港口输送机械与集装箱机械[M].北京：人民交通出版社，2010：200-208.
[4] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2014：49-53.
关键词：节能减排 港口 皮带机系统 启停工艺
中图分类号：X32 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0113-02
能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。20世纪70年代末以来，中国作为世界上发展最快的发展中国家，经济社会发展取得了举世瞩目的辉煌成就，但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐。中国政府正在以科学发展观为指导，加快发展现代能源产业，坚持节约资源和保护环境的基本国策，把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置，努力增强可持续发展能力。
1 皮带机系统在港口节能减排中的重要性
港口作为我国对外开放的窗口和现代物流供应链中的重要环节，其能源消耗在整个交通行业中占有很大的比重。推进港口节能降耗、发展节约型港口是国家的重大发展战略，也是港口自身发展的需要。港口节能措施包括选用节能型的装卸设备、合理装卸生产工艺、提高港口作业人员的技术水平、节能意识等方面。据统计，港口装卸设备生产过程中的能量消耗是影响港口能耗的最重大因素，在有些作业环节，设备能耗可占整个生产能耗的90%以上。显然，淘汰现有高能耗装卸设备选用新型节能设备，是降低港口能耗的最有效的手段。然而，大规模更换新设备将需要庞大的资金投入，对于目前发展中的中国及发展中的中国港口企业来说都是不现实，既不经济，也容易造成重复建设，从而浪费资源，适得其反。因此，在继续应用现有装卸设备的前提下，优化装卸工艺流程、合理匹配装卸机械，是最行之有效的、可行性最高的降低港口装卸作业中能源消耗的方法。
皮带机系统在港口散货运输过程中被广泛应用，它是通过将电能转换为机械能，从而驱动皮带输送物资到指定目的地，在一段时期内极大的提高了工作效率。伴随着经济的发展，港口的建设突飞猛进，港口的地域也从沿海、沿江的狭长地带向内陆不断的扩展。皮带机作为港口装卸生产中重要的一环，其数量、长度也随之不断的增加。当然，这样的快速增长也使得皮带机系统的能耗占整个散货装卸生产中所需能耗的比重越来越大。在有些港口，皮带机系统的能耗所占总能耗的比重已经超过50%。如此高的能耗比重，也使得皮带机系统在港口节能减排中的重要性日益高涨。
2 卸车系统中的皮带机启停工艺
皮带的启动工艺包括两种，一是顺向启动顺向停机；二是逆向启动逆向停机。
在传统工作方式下，皮带系统采用顺向启动顺向停机，以翻、皮、堆卸车系统为例，卸车作业流程开始时，首先启动堆料机悬臂皮带，然后依次连锁启动地面1级皮带、2级皮带、…n级皮带、给料皮带，翻车机系统在收到给料皮带启动信号后，进行翻车作业；同样结束时，先停末端的堆料机皮带，然后依次连锁停止1级皮带、2级皮带、…n级皮带、给料皮带，工艺运行图见图1所示。
万物都是有两面性的，我们从不同的角度去观察同一事物往往会得到前后截然相反的两种结果，皮带系统顺向启停的作业工艺同样也存在利弊取舍的两难选择。利，因为正常的卸车流程中物料依次通过翻车机、给料皮带、n级皮带、n-1级皮带、… 1级皮带、悬臂皮带，最终通过堆料机将物料运输到堆场，通过顺向启动可以实现物料通过翻车机装卸到皮带上之前，所有参与运输的皮带机都将处于运转状态。同样，在最后一单位物料运送到堆场之前，所有参与运输的皮带机也将都处于运转状态。这样将会大大降低在皮带启停过程中因某一条皮带故障造成堵料的概率。弊，显而易见此种启停方法将会损失皮带机空运转状态下的电能，皮带级数越多、皮带长度越长，所造成电能的浪费也将会越严重。
3 采用皮带机逆启逆停工艺，实现节能减排
我们先来对比一下两种不同工艺的皮带启动方式。皮带顺启动，从1级皮带到n级皮带，每条皮带在系统启动nt时间内都将处于运行状态，这是由顺向启动工艺特性决定的，无法更改。那么在这种启动顺序下，我们的1级皮带就将有（n-1）t秒的时间没有物料在其上进行运输，也就是说整个系统启动过程，1级皮带将空载运转（n-1）t秒的时间。同理，2级皮带将空运转（n-2）t秒，依此类推，整个系统空运转时间和空运转下所浪费的电能将会随着皮带级数的增多，皮带驱动电机功率的增大也就是皮带长度的增加，呈几何倍数的增长。
而皮带逆启动与之相比又有什么不同呢？皮带逆启动，从n级皮带到1级皮带，由于启动顺序与物料运行顺序相同。我们完全可以通过各种技术手段实现1级皮带在n级皮带启动后第（n-1）t秒在启动，2级皮带在n级皮带启动后第（n-2）t秒在启动，依此类推，我们理论上就可以实现整个系统启动过程中启动时间保持不变，而且没有皮带机处于空运转状态，从而达到节能的目的。这也是由逆向启动工艺特性决定的，也是我们要探究的逆向启动工艺有利于节能的一面。当然皮带系统逆启逆停工艺也并不只有好的一面，这种工艺也存在很多的弊端。其中最主要的弊端包括，一是此种工艺需要对皮带启动间隔时间进行控制，在技术层面，这种控制在皮带启停常用的继电器控制系统中存在很大的困难，即使能够实现，其稳定性也不高。二是加大了皮带机系统堵料的风险。由于皮带启停的方向与物料运行方向是同向的，一旦在启动过程中出现上一级皮带因为某种故障没能及时启动，皮带运动惯性的原因将导致下一级皮带无法及时停止，在其上运输的物料将会有一部分装卸到静止皮带上，造成堵斗。而且，随后的重载起车也会造成电能的浪费。 然而伴随科学技术的进步，PLC智能控制技术、先进的现场检测技术和以太网、无线网络传输技术被广泛的应用在皮带机控制系统当中。使得皮带系统逆启逆停工艺的实现变得更简单、更可靠。
4 皮带机逆启逆停工艺的技术难点
4.1 皮带机空载、重载判断
皮带机启动前的空、重载状态的判断将是皮带启停系统采用顺向、逆向启停工艺的前提条件。然而，如何判断静止皮带空、重载情况呢？我们举例说明，当皮带机高压柜电流互感器测得电流值高于一定数值时，通过继电器控制使PLC得到该皮带机的重载信号并保持。如果这时皮带机由于故障停机，程序中还保持在重载状态，下面的流程启动就是顺向启动；如果皮带机是正常空载停机，载信号自动消除，程序认定该皮带机处在空载状态，这时再启动皮带就是逆向启动。
4.2 多PLC之间的网络通讯和数据传输
由于PLC广泛应用于港口装卸生产中，每一个大型装卸设备都由自身独立的PLC进行控制，在我们常见的翻、皮、堆卸车系统中，就存在3个不同的PLC控制系统。如何实现3个不同PLC之间的网络通讯和数据传输，是我们最终实现完整的皮带逆启停工艺的关键。下面我们以秦皇岛港二分公司卸车控制系统为例，简单介绍一下多PLC之间的网络通讯和数据传输。3个PLC控制系统分别通过光缆或屏蔽双绞线的MB+通讯电缆连接。
5 结语
作为物流运输行业节能减排工作的主体，国家节能减排工作的最重要一环，中国港口人通过自己不懈的努力，已经在港口管理、能源利用和技术创新等方面取得了一系列的成果，效果显著。伴随着节能减排工作的不断深入，港口节能减排技术必将得到更广泛的发展，这将对构建“资源节约型、环境友好型”港口企业发挥支撑作用，并将对国民经济和社会发展起到强有力的促进作用。
参考文献
[1] 刘善平.港口装卸工艺[M].北京：人民交通出版社，2010：291-300.
[2] 王为术.节能与节能技术[M].北京：水利水电出版社，2012：107-116.
[3] 顾海红.港口输送机械与集装箱机械[M].北京：人民交通出版社，2010：200-208.
[4] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2014：49-53.